Химия
ХИМИЯ 2017
ОЛИМПИАДА
Очныйтур
IIтур (очный)
Задание 1. Выразить в граммах массу одной молекулы СО2
Решение:
Молекулярная масса СО2равна 44,0. Следовательно, мольная масса СО2 равна 44,0 г/моль (1). В 1 моле СО2 содержится 6,02 ∙ 1023 молекул (2). Отсюда находим массу одной молекулы: m = 44,0/(6,02 ∙ 10-23) = 7,31 ∙ 10-23 г. (2)
Сумма баллов 5
Задание 2. Из приведённых схем уравнений реакций выпишите только те, которые относят к реакциям замещения. Вместо многоточий напишите формулы соответствующих веществ и расставьте коэффициенты:
S + … → SO2
NaI + … → I2 + NaCl
CaCO3→CaO + …
HBr + Fe → FeBr2 + …
Решение:
2NaI + Cl2→ I2 + 2NaCl
2HBr + Fe → FeBr2 + H2
Оценивание:
- правильно выбраны 2 реакции, 2 балла
- правильно вписаны 2 вещества, 2 балла
- правильно поставлены коэффициенты
в 2-х реакциях 2 балла
______________
6 баллов
Задание 3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Fe → FeCl3 →Fe(OH)3 → Fe2O3→ Fe → FeCl2→ Fe(NO3)2
Решение:
2Fe + 3Cl2
2FeCl3 FeCl3 + 3KOH → Fe(OH)3↓+ 3KCl 2Fe(OH)3 
Fe2O3 + 3H2O Fe2O3 + 2Al 
Al2O3 + 2Fe Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑ FeCl2 + 2KOH → Fe(OH)2↓+ 2KCl Оценивание:
- правильно написаны уравнения шести реакций 6 баллов
- правильно расставлены коэффициенты в шести реакциях 6 баллов
- правильно указаны условия протекания реакций 1), 3), 4) 3 балла
______________
15 баллов
Задание 4.Сумма порядковых номеров двух химических элементов в периодической системе составляет 55, а их разность равна 15.
1. Определите, какие это элементы.
2. Напишите формулу соединения, образованного этими элементами.
Решение:
Пусть xиy - порядковые номера двух химических элементов в периодической системе .Составим систему уравнений:
x+y= 55
x-y= 15
Тогда почленным сложением левой и правой частей этих уравнений получаем 2x = 70 и далее x = 35 и y = 20. Эти элементы – бром и кальций.
CaBr2Оценивание:
Правильно определены два элемента 4 балла Правильно составлена формула соединения 2 балла_________________
6 баллов
Итого: 32 балла
Задание 1. Сколько граммов соли и воды содержится в 800 г 12%-ного раствора нитрата натрия?
Решение:
1. Находим массу соли в 12%-ом растворе нитрата натрия:
(1)
г. NaNO3(1)
2. Находим массу воды в растворе
m(NaNO3) = m (раствора) – m (соли)
800 – 96 = 704 г воды (1)
Сумма баллов3
Задание 2. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Определите окислитель и восстановитель.
H2S + Cl2 + … → H2SO4 + …
Решение:
| 1 | процесс окисления |
8 | (1) | |
| 4 | Процесс восстановления |
H2S – восстановитель (1)
Cl2– окислитель(1)
H2S + 4Cl2 +4H2O = H2SO4 + 8Cl (1)
Сумма баллов 4
Задание 3. В баллоне вместимостью 100 л при н. у. содержится 178,3 г одноатомного газа. Определите относительную молекулярную массу этого газа. Назовите газ.
Решение:
Учитывая, что молярной массе газообразного вещества (х) при н. у. соответствует молярный объем (22,4 л/моль), составляем и решаем пропорцию (3)
х = 39,93 г/моль – это молярная масса газа аргона.
3 балла
Задание 4. В 1 мл 25%-ного раствора содержится 0,458 г растворного вещества. Какова плотность этого раствора?
Решение:
Находим массу раствора (1)
и плотность раствора (2)
3 балла
Задание 5.Один литр смеси газообразного хлороводорода и бромоводорода при н. у. имеет массу 2,5 г. Определите состав смеси в процентах (по объему).
Решение:
Пусть масса HCl(36,5 г/моль) составляет х г, а его объем равен у л (н. у.), тогда масса и объем HBr (81 г/моль) равны соответственно (2,5 – х) г и (1 – у) л. (1)
Выражаем количество каждого газа через массы и объемы: (2)
Решаем полученную систему уравнений относительно у: (2)
у = 0,56 л – это объем HCl;
1 – 0,56 = 0,44 л – это объем HBr.
Объемная доля HCl (в процентах) будет равна (2)
,
а HBr
100 – 56 = 44%.
7 баллов
Всего 20 баллов
Задание 1. При гидратации смеси двух неразветвленных алкенов в растворе серной кислоты образовалось только два соединения, молярные массы которых различаются в 2,217 раза. Присоединение газообразного бромоводорода к этой смеси также дает два продукта, строение которых не зависит от наличия в системе органического пероксида (а в его присутствии реакция идет против правила Марковникова). В реакции 11,2 г смеси с избытком HBr получилось 38,3 г продуктов, причем молярная масса одного из них составляет 66,06 % от молярной массы другого.
3. Напишите уравнения проведенных реакций и названия образующихся органических продуктов.
Решение:
- Обозначим неизвестные алкены в виде СхН2х и СуН2у. Запишем уравнения реакций гидратации этих алкенов и их взаимодействия с бромоводородом:
СхН2х + Н2О
СхН2х+2О и СуН2у + Н2О
СуН2у+2О;
СхН2х + HBr
СхН2х+1Br и СуН2у + HBr
СуН2у+1Br.
Молярные массы исходных алкенов и продуктов реакции равны:
М (СхН2х) = 14х; М (СхН2х+2О) =14х+18; М (СхН2х+1Br) =14х+81.
М (СуН2у) = 14у; М (СуН2у+2О) =14у+18; М (СуН2у+1Br) =14у+81.
Из условия задачи известно, что М (СуН2у+2О) = 2,217 М (СхН2х+2О): 14у+18 = 2,217(14х+18). Также известно, что молярная масса одного из продуктов присоединения HBr составляет 66,06% от молярной массы другого, т. е. М (СхН2х+1Br) = 0,6606 М (СуН2у+1Br). Составим систему из двух уравнений: 14у+18=2,217(14х+18) и 14х+81=0,6606(14у+81). Решая эту систему, получаем х=2; у=6. Таким образом, первый алкен – этилен (С2Н4), а второй – один из неразветвленных изомеров гексена (С6Н12). Поскольку присоединение газообразного бромоводорода к смеси алкенов дает два продукта независимо от наличия в системе органического пероксида, при гидратации этой смеси образовалось только два соединения, можно сделать вывод, что второй алкен имеет симметричное строение, т. е. гексен-3.
2-3. Рассчитаем количественный состав смеси алкенов. Пусть в смеси было а молей этилена и b молей гексена-3. Тогда, учитывая, что при взаимодействии 11,2 г смеси с избытком HBr получилось 38,3 г продуктов, составим уравнения: 28а+84b=11,2 и 109а+165 b =38,3. Решая систему, находим а=0,302 моля (8,46 г; 75,5мас.%); b=3,2710-2 моля (2,75 г; 24,5 мас.%).
Запишем уравнения реакций взаимодействия этилена и гексена-3 с избытком нейтрального раствора перманганата калия:
3Н2С=СН2+2КMnO4 +4H2O
3H2C(OH)-CH2(OH)+2MnO2 + 2KOH;
этиленгликоль (этандиол-1,2)
3С2Н5 –НС=СН-С2Н5 + 2КMnO4 + 4H2O 
3С2Н5-HC(OH)-CH(OH)-C2H5 + 2MnO2 + 2KOH гександиол-3,4
Рассчитаем количество каждого из алкенов в 5,6 г исходной смеси:
н(С2Н4) = 5,6 0,755 / 28 = 0,15 моля; н(С6Н12) = 5,6 0,245 / 84 = 1,6 10-2 моля.
Количество MnO2, полученное при окислении: н(MnO2) = (0,15+1,6 10-2) 2/3 = 0,11 моля, его масса 0,1187=9,6 г.
Запишем уравнения остальных реакций:
Н2С=СН2 + Н2О
Н3С-СН2(ОН);
этанол (этиловый спирт)
С2Н5 –НС=СН-С2Н5 + Н2О 
С2Н5 –Н2С-СН(ОН)-С2Н5;
гексанол-3
Н2С=СН2 + HBr
Н3С-СН2(Br);
этилбромид (бромэтан)
С2Н5 –НС=СН-С2Н5 + HBr
С2Н5 –Н2С-СН(Br)-С2Н5.
3-бромгексан
Система оценивания:
- Установление качественного состава (этилен+гексен)……………………....4б
Установление строения гексена (гексен-)……………………………….2б
- Установление количественного состава смеси……………………..................3б
Расчет массы MnO2……………………………………………………………………2б
- Уравнения реакций (6 реакций)…………………………………………….. 6б
Названия образующихся орг. Продуктов (6 названий)…................ 3б
Итого:………………………………………………………………..................................20б
Задание 2.В воде растворили 3,855 г смеси KBr, NaCl и BaCl2. Полученный раствор обработали избытком раствора AgNO3 , а выпавший осадок отделили и взвесили; его масса равна 6,185 г. Фильтрат после отделения осадка обработали избытком раствора H2SO4 , при этом получили другой осадок массой 2,33 г. Вычислить процентный (по массе) состав твердой смеси KBr, NaCl и BaCl2, подвергнутой анализу, если второй осадок не содержал соединений серебра.
Решение:
При взаимодействии всех трех солей с раствором AgNO3 образуются осадки:
KBr + AgNO3 = KNO3 + AgBr↓ 1 балл(1)
NaCl + AgNO3 = NaNO3 + AgCl↓ 1 балл (2)
BaCl2 + 2AgNO3 = Ba(NO3)2 + 2AgCl↓ 1 балл (3)
Однако из растворимых солей, содержащихся в фильтрате, только нитрат бария осадок при действии H2SO4 :
Ba(NO3)2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HNO31 балл(4)
Согласно уравнениям реакций (3) и (4), ѴBaCl2 = ѴBa(NO3)2 = ѴBaSO4 .
Поскольку было получено 2,33 г BaSO4 (M= 233 г/моль), т. е. 2,33 : 233 = 0,01 моль BaSO4, исходная смесь содержала 0,01 моль BaCl2 (M= 208 г/моль), или 208∙0,01 = 2,08 г BaCl2 образовалось 0,02 моль AgCl (M= 143,5 г/моль), т. е. 143,5∙0,02 = 2,87 г AgCl. Во взятой смеси содержалось в общей сложности 3,855 - 2,08 = 1,775 г KBr и NaCl, которые, по уравнениям реакций (1) и (2), дали 6,185 - 2,87 = 3,315 г смеси AgBr (M= 188 г/моль) и AgCl. Если в смеси было х моль KBr (M= 119 г/моль) и умольNaCl (M= 58,5 г/моль), то на основании уравнений реакций (1) и (2) можно составить систему алгебраических уравнений:
119х + 58,5у = 1,775 (5)
188х + 143,5у = 3,315 (6)
Решая эту систему, получаем х = у = 0,01, т. е. в смеси содержалось 119∙0,01 = 1,19 г KBr и 58,5∙0,01 = 0,585 г NaCl. 3балла
Массовые доли компонентов смеси составляют
1 балл
1 балл
1 балл
10 баллов
Задание3. Образец оксида цинка массой 8,1 г помещен в герметически закрытый сосуд, содержащий 0,1 моль оксида углерода (II), медленно нагрет до 600°С и выдержан длительное время при этой температуре. Затем сосуд быстро охлажден до исходной (комнатной) температуры. Давление в сосуде в конце опыта равно первоначальному, а при обработке твердого остатка избытком соляной кислоты он полностью растворяется с выделением 560 мл газа (н. у.).
Опыт повторен еще четыре раза в том же температурном режиме со следующими количествами реагентов:
а) 16,2 г оксида цинка и 0,1 моль окиси углерода;
б) 8,1 г оксида цинка и 0,2 моль окиси углерода;
в) 8,0 г оксида меди (II) и 0,1 моль окиси углерода;
г) 16,0 г оксида железа (III) и 0,1 моль окиси углерода.
1. Напишите уравнения проведенных реакций.
2. Объясните количественные результаты первого опыта.
3. Вычислите, чему равны объемы газа (н. у.), выделившегося в остальных четырех опытах а)-г).
Решение:
В основном опыте происходит обратимая реакция:
ZnO + COZn + CO2 1 балл(1)
Процесс восстановления идет не до конца, твердый продукт Zn + ZnOрастворяется в кислоте:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H21 балл (2)
ZnO + 2Hcl = ZnCl2 + H2O1 балл (3)
Было взято 0,1 моль ZnO и 0,1 моль CO; по реакции (2) получено 0,025 моль (0,56 л) H2, следовательно, восстановилось 0,025 моль ZnO, образовалось 0,025 моль CO2и осталось 0,075 моль CO. Константа равновесия в реакции (1) равна:
K = [CO2] / [CO] = 0,025 / 0,075 = 0,333.2 балла
В опыте а) изменение количества твердого ZnO не повлияет на равновесие и, следовательно, на выход металла.
В опыте б) образуется по х моль CO2иZn :
K = [CO2] / [CO] = х/ (0,2 - х) = 0,333 ,2 балла
откуда х = 0,05. В этом опыте при действии соляной кислоты на твердый продукт выделится 0,05 моль (1,12 л) H2.
Восстановление оксида меди - опыт в) - практически необратимый процесс:
CuO + CO = Cu + CO2.1 балл
Кроме того, медь не выделяет водорода при действии соляной кислоты.
В опыте г) взято 0,1 моль Fe2O3и 0,1 моль CO. При данном молярном соотношении протекает необратимое восстановление Fe2O3 до FeO:
Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2.1 балл
При растворении FeO в HCl газ не выделяется.
Ответ: 3. а) 0,56 л; б) 1,12 л; в) H2не выделяется; г) H2не выделяется.
Система оценивания:
1. Написаны уравнения проведенных реакций3 балла
2. Объяснены количественные результаты первого опыта 2 балла
3.Вычислены чему равны объемы газа (н. у.), выделившегося в остальных четырех опытах а)-г)5 баллов
Итого:10 баллов
Задание 4.Определите молекулярную формулу алкена, если известно, что одно и тоже количество его, взаимодействуя с различными галогеноводородами, образует, соответственно, или 5,23г хлорпроизводного, или 8,2г бромпроизводного.
Решение:
1) Записаны уравнения реакций и указано, что количества веществ галогеналканов равны друг другу:
CnH2n + HCl CnH2n+1Cl1 балл
CnH2n + HBr CnH2n+1Br1 балл
n(CnH2n+1Cl) = n(CnH2n+1Br)
2) Решением алгебраического уравнения найдена молекулярная формула алкена:
5,23/(14n+36,5) = 8,2/(14n+81)3 балла
n = 3
Молекулярная формула алкена С3Н6
Ответ правильный и полный, включает все названные выше элементы 5 баллов
Правильно записан первый элемент ответа 2 балл
Все элементы ответа записаны неверно 0 баллов
Максимальный балл 5 баллов
Итого: 5 баллов
Задание5. Предложите схему получения ангидрида пропионовой кислоты из метанола.
Решение:1 балл 1 балл 2 балла 1 балл
CH3OHCH3ClCH3CNCH3—CH2— NH2
1 балл1 балл1 балл
CH3—CH2—OH CH3—CH2—Cl CH3—CH2—CN
CH3—CH2—COOH
CH3—CH2—COOH + PCl5 → CH3—CH2—COCl + POCl3 + HCl1 балл
CH3—CH2—COOH + NaOH → CH3—CH2—COONa + H2O1 балл
CH3—CH2—COCl + CH3 + CH3—CH2—COONa→1 балл
O
→ CH3—CH2—C
O + NaCl
→ CH3—CH2—C
O
Система оценивания:
Предложена схема получения пропионовой кислоты из метанола10 балловИтого:10 баллов
Итого: 55 баллов
Задание1. Для полного гидролиза 7,4г смеси сложных эфиров потребовалось 70г 8%-ного раствора гидроксида калия. При добавлении к такому же количеству смеси избытка аммиачного раствора оксида серебра выделилось 6,48 г осадка. Определите строение сложных эфиров и их содержание в исходной смеси (в мольных %).
Решение:
Запишем уравнения реакций щелочного гидролиза неизвестных эфиров:
RCOOR′ + KOH = RCOOK + R′OH,1 балл
R′′COOR′′′ + KOH = R′′COOK + R′′′OH1 балл
( 2 балла)
Количество прореагировавшего КОН равно: n(КОН) = 70·0,08/56 = 0,1 моль, следовательно, общее количество сложных эфиров также равно 0,1 моль: х+y=0,1, где х = n(RCOOR′), y=n(R′′COOR′′′).
(1балл)
Данная смесь реагирует с аммиачным раствором оксида серебра, поэтому один из эфиров (или оба) является эфиром муравьиной кислоты (R=H):
HCOOR′ + 2[Ag(NH3)2]OH = R′OH + NH4HCO3 + 2Ag + 3NH3
(1 балл)
n(Ag) = 6,48/108 = 0,06, следовательно, n(HCOOR′) = 0,06/2=0,03, n(R′′COOR′′′ ) = 0,1-0,03=0,07. Пусть молярные массы радикалов R′,R′′,R′′′ равны М1, М2, М3 соответственно.
(1 балл)
Тогда масса смеси эфиров равна:
7,4 = 0,03 ·(45 + М1) + 0,07·(44 + М2 + М3),
откуда следует, что
3·М1 + 7 · (М2 + М3) = 297
(1 балл)
Если R′ = СН3, то М1 = 15, откуда М2 + М3 = 36. Углеводородных радикалов, удовлетворяющих последнему соотношению, не существует. Далее, если R′ = С2Н5 , то М1 = 29, откуда М2 + М3= 30. Поскольку М1 и М2 не могут быть равны 1 (R′′СОО R′′′ не является эфиром муравьиной кислоты), М2 = М3 = 15, R′′=R′′′=СН3.
(2 балл)
Мы получили решение:
0,03 моль НСООС2Н5 + 0,07 соль СН3СООСН3.
Ответ. 30% НСООС2Н5, 70% СН3СООСН3.
(1 балл)
Итого:10 баллов
Задание2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
H2,кат.,to NH3,300o, кат. СО2+Н2О to
СН3СНСl2→CH3CHOX1 C2H5- NH2X2X3
Решение:
Составлены уравнения реакций, соответствующие схеме превращений:
- СН3СНСl2 + 2KOHCH3CHO + 2KCl + H2O CH3CHO + H2
CH3CH2OH C2H5OH + NH3
C2H5NH2 + H2O C2H5NH2 + CO2 + H2O [C2H5NH3]HCO3 (допустимо образование [C2H5NH3]CO3)
- [C2H5NH3]HCO3
C2H5NH2 + C2H5NH2 + CO2 + H2O1 Ответ правильный и полный, включает все названные выше элементы 5 баллов
Правильно записаны 4 уравнения реакций 4 балла
Правильно записаны 3 уравнения реакций 3 балла
Правильно записаны 2 уравнения реакций 2 балла
Правильно записаны 1 уравнения реакций 1 балла
Все элементы ответа записаны неверно 0 баллов
Итого: 5 баллов
Задание3. Лекарственный препарат «Кальцекс», широко используемый в медицинской практике, по данным элементного анализа содержит 15,9% (по массе) кальция, 28,7% углерода, 4,8% водорода, 22,3% азота и хлор. Его молярная масса немного больше 240 г/моль. Препарат получают взаимодействием водных растворов неорганической соли и органического соединения Х, впервые полученного известным ученым.
1. Установите молекулярную формулу «Кальцекса».
2. Как называется и кем получено впервые соединение Х?
3. Изобразите пространственное строение молекул Х.
4. Как можно определить молярную массу Х, если оно разлагается при нагревании?
5. Предложите схему получения «Кальцекса» из природного сырья. Укажите условия проведения этих реакций.
Система оценивания:
1. Установлена молекулярная формула «Кальцекса»2 балла
2.Название и кем получено впервые соединение Х 1,5 балла
3.Пространственное строение молекул Х2 балла
4. Показано как можно определить молярную массу Х, если оно разлагается при нагревании1,5 балла
5. Предложена схема получения «Кальцекса» из природного сырья2 балла
6. Приведены условия проведения этих реакций1 балл
Итого: 10 баллов
Задание4. При разбавлении 100г олеума, содержащего 20% (по массе) SO3 получили 38%-ный (по массе) раствор H2SO4. Этим раствором заполнили свинцовый аккумулятор в заряженном состоянии (Pb|H2SO4|PbO2).
а) Напишите уравнения химических реакций, протекающих при разрядке аккумулятора.
б) Вычислите массу воды, необходимую для разбавления 100г исходного олеума.
в) Вычислите количество электричества, которое должно быть отдано аккумулятором, чтобы концентрация H2SO4 уменьшилась до 20% (по массе). Растворимостью сульфата свинца в серной кислоте можно пренебречь.
Решение:
а) При разрядке свинцового аккумулятора происходят следующие процессы:
На отрицательном полюсе 1 Pb + SO42- - 2e - = PdSO4
аккумулятора (анодный
процесс)
На положительном полюсе 1 PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e - =
Аккумулятора (катодный процесс) = PbSO4 + 2H2O
Pb + PbO2+ 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O (1)
б) Исходный раствор олеума содержит m1= 100*0,2 = 20(г)
SO3 (М= 80г/моль), т. е. н1=20/80 = 0,25 (моль) SO3 и m2 = 100-20=80 (г) H2SO4.
При разбавлении олеума произошла реакция SO3 + H2O = H2SO4, в которую вступило 0,25 моль H2O М= 18 г/моль), (при этом образовалось 0,25 моль H2SO4 (М= 98 г/моль).
m3 = 18*0,25 = 4,5 (г H2O)
m4 = 98*0,25 = 24,5 (г H2SO4)
Общая масса имеющейся в растворе кислоты равна
m5 = m2 + m4 = 80 + 24,5 = 104,5 (г)
После дальнейшего разбавления с помощью х г воды был получен 38%-ныйраствор H2SO4 (щ = 0,38):щ1
Система оценивания:
а) Написаны уравнения химических реакций, протекающих при разрядке аккумулятора.............................................5 балл.
б) Вычислена масса воды, необходимая для разбавления 100г исходного олеума.......................................................5балл.
в) Вычислено количество электричества, которое должно быть отдано аккумулятором, чтобы концентрация H2SO4 уменьшилась до 20% (по массе)....................................................5балл.
15 баллов
Задание5. Одна из технологий подготовки питьевой воды на станциях водоподготовки предусматривает использование хлорида натрия, сульфата алюминия и полиакриламида. Питьевая вода отличается отречной гораздо меньшей цветностью и повышенным (примерно в 20 раз) содержанием хлоридов. При этом общая щелочность воды в реке составляла в среднем 2,5 ммоль/л, а питьевой воды – 1,5 ммоль/л. Известно, что со станции ежедневно уходит 600 м3 питьевой воды.
а) Как все указанные вещества используют при водоподготовке? Какие химические реакции при этом происходят и какие вредные примеси уничтожаются?
б) Почему в питьевой воде возникает избыток хлоридов?
в) Однажды на станцию доставили 20 г нитрата ртути (II). Зачем?
г) Какую массу сульфата алюминия (гидрат) ежедневно потребляет станция?
Система оценивания:
1) Как все указанные вещества используют при водоподготовке2балла
2)Какие химические реакции при этом происходят и какие вредные примеси уничтожаются2балла
3) Почему в питьевой воде возникает избыток хлоридов2 балла
4) Однажды на станцию доставили 20 г нитрата ртути (II). Зачем?2 балла
5) Какую массу сульфата алюминия (гидрат) ежедневно потребляет станция? 2 балла
10 баллов
Итого: 50 баллов
